[发明专利]基于MILD富氧燃烧的余热回收轧钢加热炉及其加热方法

说明书

本发明的基于MILD富氧燃烧的余热回收轧钢加热炉及其加热方法，属于冶金热能工程技术领域。轧钢加热炉包括预热段、加热段、均热段，氧气主管，烟气主管，燃料主管，水蒸气调节装置，加热段设置若干段，包括加热一段，加热二段，……和加热n段，氧气主管，烟气主管和燃料主管分别与预热段、加热段和均热段相连，水蒸气调节装置设置于烟气主管上。本发明通过加热炉改造实现MILD富氧燃烧，并采用侧烧吹氧分级燃烧方式，灵活调节氧气配比量，将富氧燃烧技术与柔和燃烧相结合，应用于轧钢加热炉，既能充分发挥富氧燃烧技术节能减排的优点，又能克服富氧燃烧技术存在的不足。大幅降低钢坯加热过程中氮氧化物的生成浓度及加热后钢坯的氧化烧损率。

技术领域：

本发明属于冶金热能工程技术领域，具体涉及一种基于MILD富氧燃烧的余热回收轧钢加热炉及其加热方法。

背景技术：

轧钢加热炉是轧钢工序能耗最高的设备，其能耗占轧钢总能耗的65％左右。同时，轧钢加热炉在运行过程中，会排出大量的NO_x等污染物。因此降低加热炉能耗、减少污染物排放是轧钢工序节能减排的重点。

传统燃烧技术通常使用空气作为助燃剂。空气中含有21％的氧气和79％的氮气。其中氮气不参与燃烧，随着烟气排到大气中，是烟气热损失的主要来源。同时，氮气参与了烟气中热力型NO_x的生成。为避免上述缺点，烟气再循环的富氧燃烧技术得到人们的重视。烟气再循环的富氧燃烧技术使用纯氧作为氧化剂，为满足温度的需要，引入循环烟气作为稀释气。该技术使用纯氧代替空气，大幅减少了燃烧过程中N₂的量，降低了N₂带来的排烟热损失和N₂参与形成的NO_x的生成，大幅提高了加热炉的热效率的同时降低了污染物的生成。同时，烟气再循环的富氧燃烧技术的主要燃烧产物是二氧化碳和水，燃烧气氛中三原子分子CO₂和H₂O的比例大幅提高，强化了炉内的辐射换热，提高了炉内传热效率。

现阶段的研究主要集中在富氧燃烧技术上，专利CN 111964468 A设计了加热炉预混富氧燃烧系统，虽能在一定程度上达到提高产能、节约燃料、减少排放及降低投资成本的目的，但是在工业炉窑上使用烟气再循环的富氧燃烧技术的工业应用中，由于密封不严等问题，炉内仍有少量N₂的渗入。由于使用了纯氧和烟气稀释，富氧燃烧存在温度分布不均匀，火焰稳定性差等问题。同时，富氧燃烧方式存在很高的安全危险。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于MILD富氧燃烧的余热回收轧钢加热炉及其加热方法，通过加热炉改造实现MILD富氧燃烧，克服富氧燃烧存在的这些问题，以达到“烟气再利用、节能和减排”的综合效果。具体的，采用侧烧吹氧分级燃烧方式，灵活调节氧气配比量，从而适应燃气热值波动影响及满足不同的加热工艺需求。将富氧燃烧技术与柔和燃烧相结合，应用于轧钢加热炉。柔和燃烧(moderate or intenselow-oxygen dilution，MILD)是一种新型低氧稀释燃烧技术，其利用高速射流卷吸炉内热烟气对反应物进行加热和稀释，使反应在加热炉内均匀进行，降低了炉内温度分布不均匀性及NO_x的生成。富氧燃烧技术与柔和燃烧相结合，一方面提高加热炉热效率、炉内的温度均匀性和火焰稳定性，另一方面，通过调整燃烧过程中O₂/CO₂/H₂O比例，将NOx的生成降低至最低，避免因过度H₂O稀释造成水蒸气在炉壁凝结而导致的热效率降低、甚至熄火等问题。同时，通过余热回收体系，最大化回收利用烟气余热，对高温烟气进行有效利用，将烟气产物CO₂和H₂O作为燃烧过程中三原子分子的供给，加强了整体燃烧的辐射传热效率，使燃烧更加充分，温度分布更加均匀，提高加热炉的热效率。既能充分发挥富氧燃烧技术节能减排的优点，又能克服富氧燃烧技术存在的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：